RU1811763C

RU1811763C - Plasma current interrupter

Info

Publication number: RU1811763C
Authority: RU
Inventors: А.Л. Бабкин; А.Е. Дубинов; Е.Е. Дубинов; В.Г. Корнилов; В.Д. Селемир; В.И. Челпанов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: acceleration engineering. SUBSTANCE: plasma current interrupter is made in form of coaxial electrodes and system of induction-type plasma injectors with pulsed gas bleeding-in. Role of gap in plasma jet plays gap between two sequent plasmoids, which are generated by plasma injectors. Moment of breakage is controlled by changing plasmoids repetition frequency. Long service life is prolonged due to absence of contact with elements of construction of plasma injector, as induction gas discharge has to be electrode-free. EFFECT: improved efficiency of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано, например, в генераторах импульсов интенсивных пучков электронов, а также в генераторах импульсов высокого напряжения. The invention relates to accelerator technology and can be used, for example, in pulse generators of intense electron beams, as well as in high voltage pulse generators.

Цель изобретения обеспечение возможности управления временем переключения тока в нагрузку. The purpose of the invention is the ability to control the time of switching current to load.

Известно, что плазменные пушки индукционного типа генерируют последовательность сгустков плазмы, частота следования которых определяется частотой колебаний тока в цепи возбуждения индуктора, причем промежуток между сгустками может выполнять роль разрыва плазменного потока. Однако использование индукционных пушек в ППТ не известно. It is known that plasma guns of induction type generate a sequence of plasma clumps, the repetition rate of which is determined by the frequency of current oscillations in the inductor excitation circuit, and the gap between the clumps can play the role of breaking the plasma stream. However, the use of induction guns in the PMT is not known.

Таким образом, искусственно созданный вне межэлектродного зазора ИНЭ разрыв плазменной струи, инжектированный в этот зазор в требуемый момент времени, приведет к разрыву токового канала и переключению тока в нагрузку, а длительностью накопления энергии в ИНЭ (или, что то же самое, моментом размыкания) можно управлять, варьируя период колебаний тока возбуждения в цепи индуктора. Импульсный напуск газа в плазменный канал в данном случае необходим для того, чтобы за время работы системы давление остаточных газов в зазоре ИНЭ существенно не менялось. Кроме того, индукционный газовый разряд, являясь безэлектродным, не приводит к преждевременному разрушению элементов конструкции плазменных инжекторов, что повышает долговечность ППТ. Thus, a rupture of a plasma jet artificially created outside the interelectrode gap of the INE, injected into this gap at the required time, will lead to the breaking of the current channel and switching of the current to the load, and the duration of energy storage in the INE (or, which is the same, the moment of opening) can be controlled by varying the period of oscillations of the excitation current in the inductor circuit. In this case, pulsed gas inlet to the plasma channel is necessary so that the residual gas pressure in the INE gap does not change significantly during the operation of the system. In addition, the induction gas discharge, being electrodeless, does not lead to premature destruction of the structural elements of plasma injectors, which increases the durability of the PMT.

На чертеже показан пример выполнения ППТ в виде индукционных плазменных инжекторов с импульсным напуском газа. The drawing shows an example of PPT in the form of induction plasma injectors with pulsed gas inlet.

ППТ представляет собой систему плазменных инжекторов 1, расположенных радиально на корпусе вакуумной камеры ИНЭ. Корпус вакуумной камеры 2 одновременно является внешним электродом ИНЭ, внутри которого коаксиально размещен потенциальный электрод 3. Роль нагрузки в генераторе может выполнять взрывоэмиссионный диод 4 ускорителя электронов прямого действия. Плазменные инжекторы содержат быстродействующий газовый клапан 5, канал для транспортировки плазмы 6 и индуктор 7, запитываемый от внешнего источника тока 8. PPT is a system of plasma injectors 1 located radially on the housing of the INE vacuum chamber. The housing of the vacuum chamber 2 is simultaneously an external INE electrode, inside of which a potential electrode 3 is coaxially placed. The role of the load in the generator can be performed by the explosive emission diode 4 of the direct-action electron accelerator. Plasma injectors contain a high-speed gas valve 5, a channel for transporting plasma 6 and an inductor 7, fed from an external current source 8.

ППТ работает следующим образом. PPT works as follows.

При открывании клапана газ из сосуда высокого давления поступает в вакуумный канал и ионизуется с помощью индуктора, питаемого внешним источником. Приготовленная таким образом плазма поступает в межэлектродный зазор ИНЭ и замыкает цепь накопления энергии в ИНЭ. С этого момента может включаться "зарядка" распределенной индуктивности ИНЭ током разрядки внешнего источника, продолжающаяcя до тех пор, пока в зазор не попадает разрыв плазменной струи, что ведет к переключению тока в нагрузку с обострением мощности. When the valve is opened, gas from the pressure vessel enters the vacuum channel and is ionized using an inductor fed by an external source. Plasma prepared in this way enters the interelectrode gap of the INE and closes the energy storage circuit in the INE. From this moment on, the “charging” of the distributed INE inductance by the discharge current of an external source can be continued, which continues until the gap of the plasma jet enters the gap, which leads to the switching of the current to the load with an exacerbation of power.

В качестве примера могут быть приведены расчетные параметры ускорителя электронов прямого действия на основе ППТ с плазменными инжекторами индукционного типа: Напряжение зарядки ИНЭ 0,5 МВ
Напряжение в нагрузке (в диоде) 1-2 МВ Ток в нагрузке 100-200 кA Длительность накопле- ния в ИНЭ 1-1,5 мкс Длительность импульса в нагрузке 100 нс Период колебаний тока в индукторах плазмен- ных пушек 15 мкс Давление остаточного газа в вакуумном зазоре ИНЭ 10 Торр Перепад давления в области клапана 1-3 атм Сорт используемого газа Не, Kr, Xe,
Ar и др.As an example, the calculated parameters of a direct-action electron accelerator based on PPT with induction-type plasma injectors can be given: INE charging voltage 0.5 MV
The voltage in the load (in the diode) is 1-2 MV The current in the load is 100-200 kA The duration of the accumulation in the INE is 1-1.5 μs The duration of the pulse in the load is 100 ns The period of the current oscillations in the inductors of the plasma guns is 15 μs The residual gas pressure in the vacuum gap INE 10 Torr Pressure drop in the valve area 1-3 atm Type of gas used He, Kr, Xe,
Ar et al.

ППТ позволяет управлять моментом переключения тока в нагрузку, что ведет к повышению стабильности работы генераторов на основе ИНЭ. Кроме того, в известном ППТ плазма является результаты эрозии материала изолятора и состоит в основном из ионов углерода и водорода, а в предлагаемом ППТ плазма является продуктом ионизации напускаемого газа. Известно, что газовый разряд индукционного типа менее всего загрязняет плазму посторонними ионами, так как индукционные устройства ионизации не содержат ни электродов, ни высоковольтных изоляторов. По этой же причине отсутствуют эрозия и разрушение элементов конструкции ППТ, а также имеется возможность управления параметрами системы за счет подбора сорта газа, влияющего на характеристики ППТ. PPT allows you to control the moment of switching the current to the load, which leads to increased stability of the operation of generators based on INE. In addition, in the known PPT plasma is the result of erosion of the material of the insulator and consists mainly of carbon and hydrogen ions, and in the proposed PPT plasma is the product of ionization of the introduced gas. It is known that an induction-type gas discharge least pollutes the plasma with extraneous ions, since induction ionization devices do not contain either electrodes or high-voltage insulators. For the same reason, there is no erosion and destruction of the structural elements of the PPT, and it is also possible to control the parameters of the system by selecting a type of gas that affects the characteristics of the PPT.

Claims

A PLASMA CIRCUIT BREAKER, comprising coaxially mounted electrodes forming a vacuum electron-electron gap and connected to a load, and at least one plasma injector located on an external electrode, characterized in that, in order to control the switching time of the current to the load, the plasma injector is made in the form of an induction source of plasma clots and pulsed inlet of the working gas, while the source inductor is connected to a generator with a controlled oscillation frequency t ka.